表观遗传学调控介导二维与三维生长癌细胞的辐射敏感性差异

发布时间：2019-09-09 07:11

【摘要】：癌症是当今世界最严重的疾病之一,我国每年的新诊断癌症病例逐年增多、癌症致死率居高不下。放射治疗是治疗癌症的主要手段之一,深入探究癌细胞的辐射损伤机理,研发辐射增敏药物,以期更好地达到放疗效果仍然迫在眉睫。体外三维(3D)细胞培养模型更接近机体内真实的生长环境,其在生命医学研究和临床药物研发领域越来越受到重视。研究显示,与二维(2D)生长的癌症细胞相比,3D生长的癌症细胞具有更高的辐射抗性,然而其内在机理还不十分清楚。探究3D生长癌细胞具有辐射抗性的原因,对于我们认识生命体细胞的辐射反应以及临床癌症放疗增敏药物的研发,具有十分重要的意义。表观遗传学调控是指在不改变DNA序列的前提下,通过某些机制引起的可遗传的基因表达或细胞表型的变化。表观遗传学调控主要包括DNA的甲基化调控、组蛋白修饰调控、micro RNA(mi RNA)调控和重编程调控等多种调控方式。越来越多的研究表明表观遗传学调控参与了细胞的各种生命活动,并在其中发挥着重要的作用。辐射会引起细胞内表观遗传学调控的改变,而细胞内表观遗传学调控的变化也会对细胞的辐射应答响应产生影响。表观遗传学调控与细胞的辐射敏感性之间存在着重要的联系。本研究中我们从细胞重编程、DNA甲基化、组蛋白乙酰化、mi RNA四个表观遗传调控角度探究引起2D与3D生长癌细胞辐射抗性差异的机理。我们的结果显示,与2D生长的癌细胞相比,3D生长的癌细胞其罗丹明低染的细胞群体比例较高,具有重编程功能的转录因子表达量显著上调,表明3D生长的癌细胞获得干性。报道认为,具有干性的癌细胞与正常的癌细胞相比具有辐射抗性。3D生长与2D生长的癌细胞相比,DNA甲基化酶的表达量明显下调,而DNA甲基化酶的下调又与重编程转录因子的表达有关。同时我们还检测到,与2D生长的癌细胞相比,3D生长的癌细胞辐射后组蛋白乙酰化酶Tip60的表达量上调,使用Tip60的抑制剂MG149预处理联合辐射,可以增加3D生长癌细胞的致死率。结果暗示,MG149有作为用于临床癌症放疗增敏药物的可能性。此外检测2D与3D生长细胞X射线辐射前后mi RNA的表达变化,显示2D生长的癌细胞辐射后mi R-1915表达量下调,而3D生长的癌细胞辐射后mi R-1915表达量下调更为明显。过表达mi R-1915可以增强癌细胞对于X射线的辐射敏感性。进一步的研究结果显示,过表达mi R-1915可以抑制DNA损伤修复因子Rad9a的转录本和蛋白的表达量,这可能是降低2D细胞DNA损伤修复能力从而增加细胞辐射敏感性的原因之一。我们的研究结果表明,生长环境的差异诱导2D与3D生长细胞表观遗传改变,表观遗传调控上的差异导致2D与3D生长癌细胞之间的DNA损伤修复差异,从而介导了他们之间的辐射敏感性差异。我们的研究以与人体生理状态更为接近的3D细胞生长模型,从表观遗传学角度揭示相关的辐射损伤修复机制,为临床放疗增敏药物的研发提供了方向与经验积累。
【图文】：

.1 世界卫生组织统计的 2012 年中国新诊断癌症患者和癌症死亡患者中各类癌症所占的比例分布(引自 World Cancer Report)放疗目前癌症的治疗手段主要包括手术治疗、化学治疗（化疗）、放射治疗(放

图 1.2 与放射治疗相关的癌症放射治疗是通过电离辐射的手段导致细胞发生辐射损伤，从而达到杀死癌细胞的目的。电离辐射对细胞造成损伤的方式主要有两种，直接作用（direct effect）和间接作用（indirect effect）。直接作用指的是电离辐射的能量直接作用于生物大分子，引起生物大分子的电离和激发或化学键的断裂，破坏了诸如蛋白质、核酸和酶等具有生命功能的物质，导致这些分子结构的改变或功能的丧失。而间接作用指的是射线首先与生物大分子周围的其它原子或分子特别是水分子发生作用，使水分子电离和激发，产生高活性的自由基，比如氧化性极强的羟自由基、还原性极强的水合电子和氢原子自由基，通过自由基再进而损伤生物大分子。不过，放射治疗也是一把 双刃剑 ，因为在放射治疗肿瘤的同时，，电离辐射通常也会引起正常组织或细胞的损伤，随着电离辐射剂量的加大或照射次数的增多，这种对正常细胞照成的损害也就越大，甚至可能造成正常组织细胞的癌变，
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（近代物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R73-3

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本文编号：2533443